[发明专利]一种适用于膨胀土边坡自适应变形控制的框锚支护结构

说明书

本发明公开了一种用于膨胀土边坡自适应变形控制的框锚支护结构，包括防水土工膜、排水槽、框架梁、锚杆和自适应变形控制模块，防水土工膜铺设在膨胀土边坡的坡面和坡顶上，膨胀土边坡的坡顶未铺设防水土工膜的区域和坡脚均开设有排水槽；框架梁设置于膨胀土边坡的坡面的防水土工膜上，锚杆设置于框架梁的交点处；自适应变形控制模块包括挡板、气腔、导气管、刚性连接块、高强弹簧和气阀。本发明在现有框架梁的格构间施加自适应变形控制模块，填充高压惰性气体的气腔与现有框架梁支护结构相结合来适应并控制膨胀土边坡任意形式的变形，避免传统框锚结构支护下的膨胀土边坡出现浅层滑裂面以及脱离框锚支护结构的问题，有效保证膨胀土边坡稳定性。

技术领域

本发明涉及膨胀土边坡支护技术领域，具体涉及一种适用于膨胀土边坡自适应变形控制的框锚支护结构。

背景技术

膨胀土是一种对水分十分敏感的特殊粘性土，具有遇水后迅速膨胀，失水后收缩干裂的可逆性特点。膨胀土在干燥情况下强度较高，而遇水后发生膨胀软化，强度大大降低。膨胀土在实际工程中是一种危害性极高的特殊土，膨胀土边坡失稳问题也引起了工程界的高度重视。对于膨胀土边坡，传统的锚杆框架梁支护结构并不能很好地保持其稳定性，尤其是其格构间裸露的膨胀土易产生较大的胀缩变形使得膨胀土边坡易发生浅层破坏或脱离框锚支护结构从而破坏框锚结构使得边坡失稳。鉴于此问题，专利号为201611081583.0的中国发明专利公开了一种膨胀土路堑边坡加筋土反压防渗支护结构，包括膨胀土路堑边坡，坡脚设置坡脚支挡结构，坡面设置土工膜防渗结构、加筋土坡面防护结构和锚杆体系，坡顶设置坡顶反压防渗结构；该支护结构能一定程度上提高膨胀土边坡的稳定性，但通过一段时间使用后会出现回填加筋土起拱开裂，时间一长边坡出现滑塌等问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种适用于膨胀土边坡自适应变形控制的框锚支护结构，避免传统框锚结构支护下的膨胀土边坡出现浅层滑裂面以及脱离框锚支护结构的问题，有效保持膨胀土边坡稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于膨胀土边坡自适应变形控制的框锚支护结构，包括防水土工膜、排水槽、框架梁、锚杆和自适应变形控制模块，所述防水土工膜铺设在膨胀土边坡的坡面和坡顶上，所述膨胀土边坡的坡顶未铺设防水土工膜的区域和坡脚均开设有排水槽；所述框架梁设置于膨胀土边坡的坡面的防水土工膜上，所述框架梁的多个横梁和多个纵梁相互交叉设置形成多个呈矩形状的格构；所述横梁和纵梁的所有交点处各设有至少一个锚杆；所述框架梁的所有格构中各安装有一个自适应变形控制模块，所述自适应变形控制模块包括可拆卸地固定于框架梁上的挡板和适配设置于相应格构内防水土工膜上的气腔，所述气腔的左壁即其远离防水土工膜的壁面上设有与气腔连通的多根导气管和用于向气腔加气或者抽气的气阀，每根所述导气管内均设有将其内腔分隔成左右两个密闭气室的刚性连接块，所有刚性连接块与挡板之间均设有高强弹簧，所述高强弹簧一端固定在挡板上、另一端固定连接在刚性连接块上；多根导气管远离气腔一侧的气室之间通过连接管相互连通，以使各高强弹簧变形相同，降低挡板所受最大弹簧弹力，有效避免挡板因弹力过大而被破坏；所述气腔和多根导气管内均填充有高压惰性气体，以使气腔的右壁即其靠近防水土工膜的壁面能够始终与防水土工膜表面紧贴设置，且在初始状态下刚性连接块两侧的气压相等；所述刚性连接块在左右气体压力差作用下或高强弹簧的弹力作用下可沿导气管的轴向方向移动，从而达到控制膨胀土变形的效果。

进一步的，所述膨胀土边坡膨胀土的膨胀力为100～200kPa；所述气腔和多根导气管内所填充的惰性气体的气压为200～300kPa，所述惰性气体为氦气。

进一步的，所述气腔的右壁由可任意变形的高强材料制成，所述气腔的侧壁和左壁均采用不可变形的高强材料制成，使得气腔在受膨胀土边坡变形挤压时其内部的气体只于导气管内流动。

进一步的，所述导气管的管壁由不可变形的高强材料制成；所述刚性连接块与所述导气管的内壁密封接触并能沿所述导气管轴向移动。

进一步的，所述导气管与气腔之间、所述导气管与所述连接管之间以及所述导气管的末端与导气管的侧壁之间均采用圆弧过渡连接。